FR3055328A1 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SYNTHESIS GAS USING A STEAM METHANE REFORMING UNIT - Google Patents

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Abstract

Procédé de production de gaz de synthèse mettant en œuvre une unité de reformage du méthane à la vapeur (SMR) comprenant : - l'addition d'oxygène dans le flux d'air de combustion alimentant les brûleurs de l'unité SMR et - la mise en œuvre d'un four de reformage dont au moins une partie des parois est recouverte par un revêtement réfractaire permettant d'améliorer le coefficient d'émissivité global des parois à une valeur supérieure à 0,4.A synthesis gas production process employing a steam methane reforming unit (SMR) comprising: - the addition of oxygen to the combustion air stream feeding the burners of the SMR unit and - the implementation of a reforming furnace at least a portion of the walls is covered by a refractory coating to improve the overall emissivity coefficient of the walls to a value greater than 0.4.

Description

Titulaire(s) : L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE Société anonyme.Holder (s): AIR LIQUIDE, ANONYMOUS COMPANY FOR THE STUDY AND EXPLOITATION OF GEORGES CLAUDE PROCESSES Société anonyme.

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Mandataire(s) : L'AIR LIQUIDE.Agent (s): AIR LIQUIDE.

FR 3 055 328 - A1 (64) PROCEDE DE PRODUCTION DE GAZ DE SYNTHESE METTANT EN OEUVRE UNE UNITE DE REFORMAGE DU METHANE A LA VAPEUR.FR 3 055 328 - A1 (64) PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SYNTHETIC GAS USING A STEAM REFORMING UNIT.

©) Procédé de production de gaz de synthèse mettant en oeuvre une unité de reformage du méthane à la vapeur (SMR) comprenant:©) Process for the production of synthesis gas using a steam methane reforming unit (SMR) comprising:

- l'addition d'oxygène dans le flux d'air de combustion alimentant les brûleurs de l'unité SMR et- the addition of oxygen to the combustion air flow supplying the burners of the SMR unit and

- la mise en oeuvre d'un four de reformage dont au moins une partie des parois est recouverte par un revêtement réfractaire permettant d'améliorer le coefficient d'émissivité global des parois à une valeur supérieure à 0,4.- The use of a reforming furnace, at least part of the walls of which is covered by a refractory coating making it possible to improve the overall emissivity coefficient of the walls to a value greater than 0.4.

Figure FR3055328A1_D0001

3O5532S3O5532S

La présente invention est relative à un procédé de production de gaz de synthèse mettant en œuvre une unité de reformage du méthane à la vapeur.The present invention relates to a process for the production of synthesis gas using a steam methane reforming unit.

Le reformage à la vapeur (en langue anglaise steam méthane reforming ou SMR) permet de produire du gaz de synthèse, mélange composé principalement d'hydrogène et de monoxyde de carbone à partir d'une charge gazeuse de réactants constituée essentiellement d'hydrocarbures et de vapeur d'eau qui réagissent ensemble dans un réacteur tubulaire catalytique. Cette technologie, une des plus utilisées pour la production d'hydrogène notamment, est basée sur les réactions catalytiques à haute température (800-950°C) des hydrocarbures légers avec la vapeur d'eau. Fortement endothermiques, ces réactions nécessitent un apport de chaleur.Steam reforming (in English steam methane reforming or SMR) makes it possible to produce synthesis gas, a mixture composed mainly of hydrogen and carbon monoxide from a gaseous charge of reactants consisting essentially of hydrocarbons and water vapor which react together in a catalytic tubular reactor. This technology, one of the most used for the production of hydrogen in particular, is based on catalytic reactions at high temperature (800-950 ° C) of light hydrocarbons with water vapor. Strongly endothermic, these reactions require heat.

Cette chaleur est habituellement fournie par la combustion d'un combustible avec de l'air à l'aide de brûleurs situés dans un four radiant dans lequel sont disposés les tubes de reformage. Les fumées provenant de la combustion circulent à l'extérieur des tubes disposés dans le four et apportent aux réactants, par rayonnement et convection, la chaleur nécessaire au reformage.This heat is usually provided by the combustion of a fuel with air using burners located in a radiant oven in which the reforming tubes are placed. The fumes from combustion circulate outside the tubes in the oven and provide the reactants, by radiation and convection, with the heat necessary for reforming.

Les reformeurs que nous considérons ici sont des reformeurs à la vapeur de géométrie usuelle. Les fours comportent un certain nombre de brûleurs disposés en rangées sur des parois latérales dans le cas des SMR dits « side- fired » et des SMR dits « terrace wall », ou au niveau de la voûte du four dans le cas des SMR dits « top-fired » ; plus rarement, les brûleurs sont placés dans le plancher du four dans le cas des « bottom-fired ». Ces différents types de brûleurs sont représentés par la figure 1.The reformers we are considering here are steam reformers of usual geometry. The ovens have a certain number of burners arranged in rows on side walls in the case of SMRs called “side-fired” and SMRs called “terrace wall”, or at the level of the roof of the oven in the case of SMRs called “ top-fired ”; more rarely, the burners are placed in the oven floor in the case of "bottom-fired". These different types of burners are shown in Figure 1.

Afin d'améliorer le procédé et en particulier d'améliorer la génération de chaleur une solution est d'ajouter de l'oxygène dans le flux d'air de combustion.In order to improve the process and in particular to improve the generation of heat, a solution is to add oxygen to the flow of combustion air.

Cependant cette amélioration est limitée par l'augmentation de la température des gaz de combustion qui est associée à une augmentation de la production de NOx.However, this improvement is limited by the increase in the temperature of the combustion gases which is associated with an increase in the production of NOx.

Or, l'émission des NOx est actuellement réglementée et les dispositifs de réduction desHowever, the emission of NOx is currently regulated and the devices for reducing

NOx sont coûteux.NOx are expensive.

Partant de là, un problème qui se pose est de fournir un procédé SMR amélioré c'est-àdire ne présentant pas les inconvénients liés à l'augmentation de la production de NOx.On the basis of this, a problem which arises is to provide an improved SMR process, that is to say one which does not have the drawbacks linked to the increase in the production of NOx.

Une solution de la présente invention est un procédé de production de gaz de synthèse mettant en œuvre une unité de reformage du méthane à la vapeur (SMR) comprenant :A solution of the present invention is a process for the production of synthesis gas using a steam methane reforming unit (SMR) comprising:

- l'addition d'oxygène dans le flux d'air de combustion alimentant les brûleurs de l'unité SMR et- the addition of oxygen to the combustion air flow supplying the burners of the SMR unit and

- la mise en œuvre d'un four de reformage dont au moins une partie des parois est recouverte par un revêtement réfractaire permettant d'améliorer le coefficient d'émissivité global des parois à une valeur supérieure à 0,4.- The implementation of a reforming furnace of which at least part of the walls is covered by a refractory coating making it possible to improve the overall emissivity coefficient of the walls to a value greater than 0.4.

Notons que les parois du four peuvent être faites en fibres et ou briques réfractaires et ont un coefficient d'émissivité de base de l'ordre de 0,25.Note that the walls of the furnace can be made of fibers and or refractory bricks and have a basic emissivity coefficient of the order of 0.25.

Le coefficient d'émissivité correspond aux flux radiatif émis par un élément de surface (dans le cadre de l'invention s'agissant des parois du four radiant) à température donnée, rapporté à la valeur de référence qu'est le flux radiatif émis par un corps noir à cette même température. Cette dernière valeur étant la valeur maximale possible, le coefficient d'émissivité d'une paroi sera toujours une propriété de surface comprise entre 0 et 1.The emissivity coefficient corresponds to the radiative flux emitted by a surface element (in the context of the invention with regard to the walls of the radiant oven) at a given temperature, compared to the reference value that is the radiative flux emitted by a black body at the same temperature. This last value being the maximum possible value, the emissivity coefficient of a wall will always be a surface property between 0 and 1.

Le revêtement est en général une peinture réfractaire (mixture entre par exemple des oxydes métalliques avec un alumino-silicate ou une silice riche en fer) appliquée par projection via par exemple l'utilisation d'un pistolet industriel. L'épaisseur du revêtement réfractaire sera inférieure au millimètre.The coating is generally a refractory paint (mixture for example of metal oxides with an alumino-silicate or a silica rich in iron) applied by spraying via for example the use of an industrial gun. The thickness of the refractory lining will be less than a millimeter.

Un tel revêtement améliore le rayonnement des parois favorisant le transfert de chaleur entre les parois du four.Such a coating improves the radiation of the walls favoring the transfer of heat between the walls of the oven.

Selon le cas, le procédé selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :Depending on the case, the method according to the invention may have one or more of the following characteristics:

- le revêtement réfractaire permet d'améliorer le coefficient d'émissivité global des parois à une valeur supérieure à 0,65.- the refractory coating makes it possible to improve the overall emissivity coefficient of the walls to a value greater than 0.65.

- l'addition d'oxygène est telle que la teneur en oxygène dans le flux d'air est comprise entre 20.5% et 23, 5%,the addition of oxygen is such that the oxygen content in the air flow is between 20.5% and 23.5%,

- au moins un tiers des parois du four est recouvert par le revêtement réfractaire,- at least one third of the walls of the furnace is covered by the refractory lining,

- le tiers des parois du four présentant le revêtement réfractaire correspond au tiers des parois le plus proche des brûleurs,- the third of the walls of the furnace having the refractory lining corresponds to the third of the walls closest to the burners,

- la chaleur libérée par les brûleurs est comprise entre 1,0 MW et 3,0 MW pour un four avec brûleurs disposés au niveau de la voûte du four et entre 0,25 MW et 0,75 MW pour un four avec brûleurs disposés en rangées sur les parois latérales,- the heat released by the burners is between 1.0 MW and 3.0 MW for an oven with burners arranged at the top of the oven and between 0.25 MW and 0.75 MW for an oven with burners arranged in rows on the side walls,

- le revêtement réfractaire présente une épaisseur inférieure au millimètre,- the refractory lining has a thickness of less than a millimeter,

- le revêtement réfractaire est choisi parmi les alumino-silicates, les silices riches en oxyde de fer, de préférence dopés par des oxydes métalliques (Ti, Ni, Cr, Co ou autres métaux de transition),the refractory coating is chosen from among aluminosilicates, silicas rich in iron oxide, preferably doped with metal oxides (Ti, Ni, Cr, Co or other transition metals),

- le four de reformage comprend des tubes de reformage,the reforming furnace comprises reforming tubes,

- les tubes de reformage sont fabriqués en un matériau de type HP Alloy riche en Cr et Ni (par exemple la Manaurite commercialisée par Manoir Industries) et fabriqués de préférence traditionnellement par centrifugation,the reforming tubes are made of a material of the HP Alloy type rich in Cr and Ni (for example Manaurite sold by Manoir Industries) and preferably manufactured traditionally by centrifugation,

- l'addition d'oxygène s'effectue par addition d'un flux comprenant entre 90% et 100% 15 d'oxygène.the addition of oxygen is carried out by adding a flow comprising between 90% and 100% of oxygen.

Le procédé selon l'invention associe l'oxy-combustion, c'est-à-dire l'addition d'oxygène dans le flux d'air de combustion, et le revêtement réfractaire sur au moins une partie des parois dufourSMR.The method according to the invention associates the oxy-combustion, that is to say the addition of oxygen in the flow of combustion air, and the refractory lining on at least part of the walls of the furnace SMR.

Cette association peut être appliquée pour des fours comportant un certain nombre de 20 brûleurs disposés en rangées sur des parois latérales dans le cas des SMR dits « side- fired » et des SMR dits « terrace wall », ou au niveau de la voûte du four dans le cas des SMR dits « topfired » ; elle peut-être également appliquée pour des fours comportant des brûleurs placés dans le plancher du four dans le cas des « bottom-fired ».This association can be applied for ovens comprising a certain number of 20 burners arranged in rows on side walls in the case of SMR called "side-fired" and SMR called "terrace wall", or at the level of the roof of the oven in the case of “topfired” SMRs; it can also be applied for ovens with burners placed in the oven floor in the case of "bottom-fired".

Par la suite par souci de simplicité, sauf indication contraire toutes les quantifications 25 seront données pour des fours comportant des brûleurs disposés en rangées sur des parois latérales, c'est-à-dire pour des fours dits « side-fired ».Subsequently for the sake of simplicity, unless otherwise indicated, all the quantifications will be given for ovens comprising burners arranged in rows on side walls, that is to say for so-called "side-fired" ovens.

La figure 2 illustre un procédé selon l'invention pour un four de type side-fired. Le gaz d'alimentation contenant principalement du méthane et de la vapeur d'eau est envoyé dans des réacteurs tubulaires catalytiques. Pour que le mélange puisse réagir et produire du gaz de synthèse, contenant majoritairement de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, de la chaleur est apportée par la combustion d'au moins un carburant, le plus courant du gaz naturel, associé dans la majorité des unités à un gaz recyclé à partir des systèmes de purification du gaz de synthèse. L’air est aspiré de l'atmosphère et grâce à son contenu en oxygène, au dessous duFIG. 2 illustrates a method according to the invention for a side-fired type oven. The feed gas containing mainly methane and water vapor is sent to catalytic tubular reactors. In order for the mixture to react and produce synthesis gas, containing mainly hydrogen and carbon monoxide, heat is provided by the combustion of at least one fuel, the most common of natural gas, associated in the majority of units use recycled gas from synthesis gas purification systems. Air is drawn from the atmosphere and thanks to its oxygen content, below the

21%, entretient la combustion. L'air peut être préchauffé avant d'être envoyé aux brûleurs, soit dans le système de récupération de la chaleur provenant des fumées, comme illustré dans la figure, ou du gaz de synthèse.21%, maintains combustion. The air can be preheated before being sent to the burners, either in the heat recovery system from the flue gases, as illustrated in the figure, or the synthesis gas.

Selon l'invention, l'unité de reformage aura au moins une partie des parois du four revêtit d'une peinture à haute émissivité et l'air de combustion sera enrichie en oxygène qui pourra attendre un contenu de 23.5%.According to the invention, the reforming unit will have at least a portion of the walls of the oven coated with a high-emissivity paint and the combustion air will be enriched with oxygen which can wait for a content of 23.5%.

Notons que le procédé selon l'invention peut être mis en place dans de nouvelles installations mais aussi dans des anciennes installations pendant une période de maintenance. L'addition d'oxygène est limitée à 23,5% afin d'utiliser la technologie actuelle de la soufflerie d'air et d'éviter les contraintes de sécurité supplémentaires liés à l'équipement de base du flux d'oxygène et à la manipulation de l'oxygène.Note that the method according to the invention can be implemented in new installations but also in old installations during a maintenance period. The addition of oxygen is limited to 23.5% in order to use the current technology of the air blower and to avoid the additional safety constraints linked to the basic equipment of the oxygen flow and to the oxygen handling.

Grâce au procédé selon l'invention, en gardant le débit de gaz de synthèse constant, la consommation de gaz de synthèse va diminuer. En effet l'addition d'oxygène permet de réduire la consommation de gaz naturel.Thanks to the process according to the invention, by keeping the flow rate of synthesis gas constant, the consumption of synthesis gas will decrease. Indeed the addition of oxygen makes it possible to reduce the consumption of natural gas.

Une autre possibilité est offerte par l'invention : garder la même consommation de gaz naturel et obtenir un débit de gaz de synthèse plus important.Another possibility is offered by the invention: keep the same consumption of natural gas and obtain a higher flow rate of synthesis gas.

Aussi grâce à l'invention l'exploitant aura le choix entre obtenir un débit de gaz de synthèse plus important ou réduire sa consommation de gaz naturel.Also thanks to the invention, the operator will have the choice between obtaining a higher flow rate of synthesis gas or reducing his consumption of natural gas.

Pour une addition d'oxygène telle que la teneur en oxygène dans le flux d'air augmente de 20.5% à 23,0%, on obtient soit une consommation de gaz naturel réduite de 7% soit une production de gaz de synthèse augmentée de 6%.For an addition of oxygen such that the oxygen content in the air flow increases from 20.5% to 23.0%, one obtains either a natural gas consumption reduced by 7% or a production of synthesis gas increased by 6 %.

De manière plus précise les avantages de l'addition d'oxygène dans le flux d'air sont :More specifically, the advantages of adding oxygen to the air flow are:

- la réduction de la quantité d'azote dans les gaz de combustion, d'où la diminution de la quantité des pertes de chaleur par les gaz de combustion et donc l'augmentation de la chaleur disponible pour le processus,- the reduction in the quantity of nitrogen in the combustion gases, hence the reduction in the quantity of heat losses by the combustion gases and therefore the increase in the heat available for the process,

- une augmentation de la température adiabatique de flamme de l'ordre de +100°C et une augmentation de l'émissivité des gaz de combustion en raison des concentrations plus élevées de CO2 et H2O, et par conséquent une amélioration du transfert de chaleur vers les tubes de reformage.- an increase in the adiabatic flame temperature of the order of + 100 ° C and an increase in the emissivity of the combustion gases due to the higher concentrations of CO 2 and H 2 O, and consequently an improvement in the transfer heat to the reforming tubes.

Le tableau 1 montre que l'addition d'oxygène dans le flux d'air de combustion conduit à une augmentation de la température adiabatique de la flamme d'un brûleur alimenté au gaz naturel.Table 1 shows that the addition of oxygen to the flow of combustion air leads to an increase in the adiabatic temperature of the flame of a burner supplied with natural gas.

Procédé sans addition d'oxygène Process without addition oxygen Procédé avec addition d'oxygène Process with addition oxygen % mol O2 dans l'air% mol O 2 in air 20.6% 20.6% 23.5% 23.5% Température adiabatique de la flamme Adiabatic flame temperature 2407°C 2407 ° C 2526°C 2526 ° C

Tableau 1Table 1

Notons que dans le procédé selon l'invention moins de CO2 est rejeté dans l'atmosphère 10 due à une consommation moindre de gaz naturel.Note that in the process according to the invention less CO 2 is released into the atmosphere 10 due to less consumption of natural gas.

D'un point de vue économique même si l'addition d'oxygène dans le flux d'air de combustion présente un coût, le surplus de chaleur se trouvant disponible pour le processus fait que le coût global d'exploitation est réduit et des économies peuvent être obtenues.From an economic point of view even if the addition of oxygen to the combustion air stream has a cost, the excess heat being available for the process means that the overall operating cost is reduced and savings can be obtained.

Concernant l'impact du revêtement réfractaire, rappelons que dans un four SMR, le 15 transfert de chaleur par convection est négligeable par rapport au transfert de chaleur par rayonnement (environ 95% de la chaleur transférée pendant un procédé SMR est due à un phénomène de rayonnement).Regarding the impact of the refractory lining, remember that in an SMR oven, the convective heat transfer is negligible compared to the radiation heat transfer (approximately 95% of the heat transferred during an SMR process is due to a phenomenon of radiation).

Le transfert de chaleur par rayonnement depuis la paroi du four dans les tubes est dû à la température réfractaire et aux propriétés de rayonnement telles que l'émissivité qui peut être améliorée par l'application d'une peinture sur les parois entourant le four.The heat transfer by radiation from the wall of the furnace in the tubes is due to the refractory temperature and to the properties of radiation such as the emissivity which can be improved by the application of a paint on the walls surrounding the furnace.

Grâce au revêtement réfractaire le flux de chaleur transféré aux tubes de reformage est amélioré ce qui augmente en conséquence le rendement de la réaction de reformage donc le débit de production de gaz de synthèse.Thanks to the refractory lining, the heat flow transferred to the reforming tubes is improved, which consequently increases the yield of the reforming reaction and therefore the rate of production of synthesis gas.

Concernant l'impact de la combinaison addition d'oxygène dans le flux d'air 25 revêtement réfractaire est quantifié grâce à un logiciel spécifique mono-dimensionnel composé de deux parties couplées : un modèle de chambre de combustion d'un côté et des tubes de reformage de l'autre côté.Concerning the impact of the combination of oxygen addition in the air flow 25 refractory lining is quantified thanks to a specific one-dimensional software composed of two coupled parts: a combustion chamber model on one side and tubes of reforming on the other side.

Les comparaisons entre le procédé selon l'invention et les procédés avec seulement addition d'oxygène ou seulement la mise en œuvre du revêtement réfractaire ou les procédés de base sans addition d'oxygène ni mise en œuvre d'un revêtement réfractaire sont réalisées pour un four dit « side-fired » avec l'hypothèse d'une alimentation constante, d'une température de l'air de combustion constante, d'un excès constant d'oxygène dans les gaz de combustion et une température du gaz de synthèse constante.The comparisons between the process according to the invention and the processes with only addition of oxygen or only the implementation of the refractory lining or the basic processes without addition of oxygen or the implementation of a refractory lining are carried out for a "side-fired" furnace with the assumption of a constant supply, a constant temperature of the combustion air, a constant excess of oxygen in the combustion gases and a constant temperature of the synthesis gas .

La figure 3 montre que la combinaison addition d'oxygène dans le flux d'air 10 revêtement réfractaire permet d'améliorer le transfert de chaleur aux tubes de reformage. Cette amélioration est montrée quelque soit le mode de fonctionnement choisi : mode avec réduction de la consommation de gaz naturel en raison de l'addition d'oxygène (Figure 3a) ou mode avec augmentation de la production de gaz de synthèse (Figure 3b).Figure 3 shows that the combination of adding oxygen to the refractory lining air stream 10 improves heat transfer to the reforming tubes. This improvement is shown regardless of the operating mode chosen: mode with reduction in the consumption of natural gas due to the addition of oxygen (Figure 3a) or mode with increase in the production of synthesis gas (Figure 3b).

Un meilleur transfert de chaleur aux tubes de reformage conduit à un gain de rendement du four qui peut être valorisé en fonction de la volonté de l'exploitant: produire plus de gaz de synthèse ou réduire la consommation de gaz naturel. Les gains d'efficacité pour les deux modes de fonctionnement sont résumés dans le tableau 2. Dans l'exemple choisi pour illustrer l'invention, l'addition d'oxygène a un impact plus important lorsque la teneur en oxygène est augmentée à 23% en comparaison avec l'addition d'un revêtement réfractaire appliqué sur la totalité des parois du four lorsque le coefficient d'émissivité initialement à 0,24 passe à 0,61. On observe à la dernière ligne du tableau 2 que les gains apportés par l'addition d'oxygène et le revêtement réfractaire se cumulent.Better heat transfer to the reforming tubes leads to a gain in efficiency of the furnace which can be upgraded according to the operator's desire: to produce more synthesis gas or reduce the consumption of natural gas. The efficiency gains for the two operating modes are summarized in Table 2. In the example chosen to illustrate the invention, the addition of oxygen has a greater impact when the oxygen content is increased to 23%. in comparison with the addition of a refractory coating applied to the entire walls of the furnace when the emissivity coefficient initially at 0.24 drops to 0.61. It is observed in the last line of Table 2 that the gains brought by the addition of oxygen and the refractory lining accumulate.

Objectifs Goals Augmentation de la production de gaz de synthèse Increase in synthesis gas production Réduction de la consommation de gaz naturel Reduction of consumption of natural gas Hypothèses Hypotheses A = Revêtement réfractaire appliqué sur la totalité des parois du four (coefficient d'émissivité passé de 0,24 à 0,61) A = Refractory coating applied to all the walls of the oven (emissivity coefficient increased from 0.24 to 0.61) 3.02% 3.02% 2.79% 2.79% B = Addition d'oxygène dans le flux d'air (passage de la teneur en oxygène de 20.5% à 23%) B = Addition of oxygen to the air flow (passage of the oxygen content from 20.5% to 23%) 5.97% 5.97% 6.84% 6.84% Combinaison de A + B Combination of A + B 9.19% 9.19% 10.01% 10.01%

Tableau 2Table 2

Le bénéfice de l'addition d'oxygène peut être limité par l'augmentation de la température des gaz de combustion (figure 4) qui est associée à une augmentation de la production de NOx à l'intérieur du four, en particulier lorsqu'une augmentation de la production de gaz de synthèse est demandée (figure 4a). L'augmentation de la température des gaz de combustion pour un procédé en mode « réduction de la consommation de gaz naturel » est représenté figure 4b.The benefit of adding oxygen can be limited by the increase in the temperature of the flue gases (Figure 4) which is associated with an increase in NOx production inside the furnace, especially when a an increase in the production of synthesis gas is requested (Figure 4a). The increase in the temperature of the combustion gases for a process in “reduction of natural gas consumption” mode is shown in FIG. 4b.

En combinant l'addition d'oxygène dans le flux d'air et le revêtement réfractaire d'au moins une partie des parois du four comme mentionné dans le procédé selon l'invention, la température des gaz de combustion dans le four est contrôlée et reste toujours inférieure à la valeur de référence. Par « valeur de référence » on entend un procédé de base sans addition d'oxygène ni mise en œuvre d'un revêtement réfractaire.By combining the addition of oxygen into the air flow and the refractory lining of at least part of the walls of the oven as mentioned in the process according to the invention, the temperature of the combustion gases in the oven is controlled and always remains below the reference value. By “reference value” is meant a basic process without the addition of oxygen or the use of a refractory lining.

Par conséquent la solution selon l'invention surmonte la nécessité d'un dispositif coûteux de réduction des NOx.Consequently, the solution according to the invention overcomes the need for an expensive NOx reduction device.

Par ailleurs, l'addition d'oxygène dans le flux d'air non combinée au revêtement réfractaire entraîne une augmentation de la température des parois du four en particulier dans les régions où la chaleur du brûleur est libérée (figure 5) ; ces régions seront alors à long terme fragilisées. Notons que cet inconvénient peut être surmonté en combinant l'addition d'oxygène dans le flux d'air et le revêtement réfractaire d'au moins une partie des parois du four comme mentionné dans le procédé selon l'invention. Ceci est dû au fait que le revêtement réfractaire réduit considérablement la température des parois du four, et par conséquent les pertes de chaleur à travers les parois (cf. figure 6).Furthermore, the addition of oxygen in the air flow not combined with the refractory lining causes an increase in the temperature of the walls of the furnace, in particular in the regions where the heat of the burner is released (FIG. 5); these regions will then be weakened in the long term. Note that this drawback can be overcome by combining the addition of oxygen into the air flow and the refractory lining of at least part of the walls of the furnace as mentioned in the process according to the invention. This is due to the fact that the refractory lining considerably reduces the temperature of the walls of the furnace, and consequently the heat losses through the walls (cf. FIG. 6).

Globalement en combinant l'addition d'oxygène dans le flux d'air et le revêtement réfractaire d'au moins une partie des parois du four comme mentionné dans le procédé selon l'invention, on observe moins de perte de chaleur à travers les parois du four que dans un procédé mettant en œuvre uniquement l'addition d'oxygène dans le flux d'air.Overall, by combining the addition of oxygen in the air flow and the refractory lining of at least part of the walls of the furnace as mentioned in the process according to the invention, less heat loss is observed through the walls. of the furnace only in a process using only the addition of oxygen to the air flow.

La température de fonctionnement maximale des tubes de reformage compris dans le four de reformage dépend de plusieurs facteurs, notamment de la charge mécanique des tubes, des propriétés mécaniques des alliages utilisés pour les tubes et de la durée de vie souhaitée des tubes exposés au fluage et au vieillissement thermique.The maximum operating temperature of the reforming tubes included in the reforming furnace depends on several factors, in particular the mechanical load of the tubes, the mechanical properties of the alloys used for the tubes and the desired lifetime of the tubes exposed to creep and thermal aging.

Toute intensification de la chaleur transférée aux tubes a un impact positif direct, soit en augmentant la productivité ou en améliorant la compacité de la chambre de combustion qui est précieuse en termes de dépenses. Cependant l'intensification de la chaleur transférée ne doit pas conduire à des températures de peau excessives pour les tubes de reformage (par exemple des températures supérieures à 1000°C). En effet de telles températures de peau excessives entraînent une réduction de la durée de vie des tubes de reformage ou nécessitent l'utilisation d'alliages plus résistants qui seraient beaucoup plus chers.Any intensification of the heat transferred to the tubes has a direct positive impact, either by increasing the productivity or by improving the compactness of the combustion chamber which is precious in terms of expenditure. However, the intensification of the transferred heat must not lead to excessive skin temperatures for the reforming tubes (for example temperatures above 1000 ° C.). Indeed, such excessive skin temperatures lead to a reduction in the life of the reforming tubes or require the use of more resistant alloys which would be much more expensive.

En combinant l'addition d'oxygène dans le flux d'air et le revêtement réfractaire d'au moins une partie des parois du four comme mentionné dans le procédé selon l'invention, on observe une augmentation de moins de 10°C de la température des tubes et ceci quelque soit le mode de fonctionnement choisi : réduction de la consommation de gaz naturel ou augmentation de la production de gaz de synthèse.By combining the addition of oxygen in the air flow and the refractory lining of at least part of the walls of the furnace as mentioned in the process according to the invention, an increase of less than 10 ° C. is observed. temperature of the tubes, regardless of the operating mode chosen: reduction in the consumption of natural gas or increase in the production of synthesis gas.

Le tableau 3 résume les avantages qualitatifs de la combinaison de l'addition d'oxygène dans le flux d'air et du revêtement réfractaire d'au moins une partie des parois du four comme mentionné dans le procédé selon l'invention.Table 3 summarizes the qualitative advantages of the combination of the addition of oxygen in the air flow and the refractory lining of at least part of the walls of the furnace as mentioned in the process according to the invention.

3O5532S3O5532S

A = Revêtement réfractaire sur au moins une partie des parois du four A = Refractory lining on at least part of the oven walls B = Addition d'oxygène dans le flux d'air B = Addition of oxygen to the air flow Combinaison de A + B Combination from A + B Avantages de la combinaison Benefits of combination Gain d'efficacité Efficiency gain Amélioré Improved Amélioré Improved Amélioré Improved Cumul de l'amélioration Accumulation of improvement Transfert de chaleur aux tubes Heat transfer to tubes Augmenté Increases Augmenté Increases Augmenté Increases Cumul de l'augmentatio n Accumulated increase not Température des gaz de combustion Flue gas temperature Réduite Scaled down Augmentatio n de la région des brûleurs Increase in burner area réduite scaled down Plus de problème de régulation des NOx No more NOx regulation problem Température des parois du four Oven wall temperature Augmentée Increased Réduite Scaled down Réduite Scaled down Durée de vie de la paroi du four Oven wall life Pertes de chaleur à travers les parois du four Heat loss through the oven walls Réduites Reduced Augmentées Increased Réduites Reduced Gain d'efficacité Gain efficiency Température maximale du tube Maximum tube temperature Four avec brûleurs sur le haut du four Oven with burners on the top of the oven Réduite Scaled down Augmentée Increased Réduite Scaled down Durée de vie des tubes de reformage est contrôlée Lifetime reforming tubes is checked Four avec brûleurs sur les parois du four Oven with burners on the oven walls Augmentée Increased Augmentée Increased Augmentée Increased Augmentée Increased

Tableau 3 ίοTable 3 ίο

Claims (7)

RevendicationsClaims 1. Procédé de production de gaz de synthèse mettant en œuvre une unité de reformage du 5 méthane à la vapeur (SMR) comprenant :1. Process for the production of synthesis gas using a steam methane reforming unit (SMR) comprising: - l'addition d'oxygène dans le flux d'air de combustion alimentant les brûleurs de l'unité SMR et- the addition of oxygen to the combustion air flow supplying the burners of the SMR unit and - la mise en œuvre d'un four de reformage dont au moins une partie des parois est recouverte par un revêtement réfractaire permettant d'améliorer le coefficient d'émissivité global des parois à une valeur supérieure à 0,4.- The implementation of a reforming furnace of which at least part of the walls is covered by a refractory coating making it possible to improve the overall emissivity coefficient of the walls to a value greater than 0.4. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement réfractaire permet d'améliorer le coefficient d'émissivité global des parois à une valeur supérieure à 0,65.2. Method according to claim 1, characterized in that the refractory coating makes it possible to improve the overall emissivity coefficient of the walls to a value greater than 0.65. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'addition d'oxygène est 15 telle que la teneur en oxygène dans le flux d'air est comprise entre 20.5% et 23, 5%.3. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the addition of oxygen is such that the oxygen content in the air flow is between 20.5% and 23.5%. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un tiers des parois du four est recouvert par le revêtement réfractaire.4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one third of the walls of the furnace is covered by the refractory lining. 20 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tiers des parois du four présentant le revêtement réfractaire correspond au tiers des parois le plus proche des brûleurs.5. Method according to claim 4, characterized in that the third of the walls of the furnace having the refractory lining corresponds to the third of the walls closest to the burners. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chaleur libérée par les brûleurs est comprise entre 1,0 MW et 3,0 MW pour un four avec brûleurs disposés au niveau6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heat released by the burners is between 1.0 MW and 3.0 MW for an oven with burners arranged at the level 25 de la voûte du four et entre 0,25 MW et 0,75 MW pour un four avec brûleurs disposés en rangées sur les parois latérales.25 from the roof of the oven and between 0.25 MW and 0.75 MW for an oven with burners arranged in rows on the side walls. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le revêtement réfractaire présente une épaisseur inférieure au millimètre.7. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the refractory lining has a thickness less than a millimeter. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le revêtement réfractaire est choisi parmi les alumino-silicates, les silices riches en oxyde de fer, de préférence dopés par des oxydes métalliques.8. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the refractory coating is chosen from aluminosilicates, silicas rich in iron oxide, preferably doped with metal oxides. 5 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le four de reformage comprend des tubes de reformage.5 9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the reforming furnace comprises reforming tubes. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les tubes de reformage sont fabriqués en un matériau de type HP Alloy riche en Cr et Ni et fabriqués de préférence10. The method of claim 9, characterized in that the reforming tubes are made of a material of the HP Alloy type rich in Cr and Ni and preferably manufactured 10 traditionnellement par centrifugation.10 traditionally by centrifugation. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'addition d'oxygène s'effectue par addition d'un flux comprenant entre 90% et 100% d'oxygène.11. Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the addition of oxygen is carried out by addition of a flow comprising between 90% and 100% of oxygen. 1/51/5 TopfiredTopfired Bottom firedBottom fired SidefiredSidefired Terrace wallTerrace wall 1 1 1 1 1 1 h h P ' P ' ——' —— ' O O ? ? 1 C J Lr 1 C J Lr y y L L 1 1 ] 1 ] 1 - - — ÿ - ÿ « "
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